แถบการสื่อสารแบบออปติคัล, ตัวสะท้อนแสงแบบบางเฉียบ

แถบการสื่อสารแบบออปติคัล, ตัวสะท้อนแสงแบบบางเฉียบ
ตัวสะท้อนแสงสามารถระบุความยาวคลื่นเฉพาะของคลื่นแสงในพื้นที่จำกัด และมีการใช้งานที่สำคัญในการโต้ตอบระหว่างสสารแสงการสื่อสารด้วยแสงการตรวจจับด้วยแสง และการรวมแสง ขนาดของเครื่องสะท้อนเสียงส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุและความยาวคลื่นในการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ตัวสะท้อนเสียงแบบซิลิคอนที่ทำงานในแถบอินฟราเรดใกล้มักจะต้องใช้โครงสร้างทางแสงที่มีขนาดหลายร้อยนาโนเมตรขึ้นไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวสะท้อนแสงแบบระนาบแบบบางเฉียบได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากศักยภาพในการใช้งานในด้านสีโครงสร้าง การถ่ายภาพโฮโลแกรม การควบคุมสนามแสง และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ วิธีลดความหนาของตัวสะท้อนระนาบเป็นหนึ่งในปัญหายากที่นักวิจัยต้องเผชิญ
แตกต่างจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม ฉนวนทอพอโลยี 3 มิติ (เช่น บิสมัทเทลลูไรด์ พลวงเทลลูไรด์ บิสมัทเซเลไนด์ ฯลฯ) เป็นวัสดุข้อมูลใหม่ที่มีสถานะพื้นผิวโลหะและสถานะฉนวนที่ได้รับการปกป้องด้วยทอพอโลยี สถานะพื้นผิวได้รับการปกป้องโดยความสมมาตรของการผกผันของเวลา และอิเล็กตรอนของมันไม่กระจัดกระจายโดยสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่แม่เหล็ก ซึ่งมีแนวโน้มการใช้งานที่สำคัญในคอมพิวเตอร์ควอนตัมพลังงานต่ำและอุปกรณ์สปินโทรนิก ในเวลาเดียวกัน วัสดุฉนวนทอพอโลยียังแสดงคุณสมบัติทางแสงที่ดีเยี่ยม เช่น ดัชนีการหักเหของแสงสูง ไม่เป็นเชิงเส้นขนาดใหญ่ออปติคัลค่าสัมประสิทธิ์ ช่วงสเปกตรัมการทำงานที่กว้าง ความสามารถในการปรับแต่ง การบูรณาการที่ง่ายดาย ฯลฯ ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มใหม่สำหรับการดำเนินการควบคุมแสงและอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์.
ทีมวิจัยในประเทศจีนได้เสนอวิธีการในการผลิตตัวสะท้อนแสงแบบบางเฉียบโดยใช้นาโนฟิล์มฉนวนทอพอโลยีทอพอโลยีบิสมัทในพื้นที่ขนาดใหญ่ ช่องแสงแสดงคุณลักษณะการดูดกลืนแสงสะท้อนที่ชัดเจนในแถบอินฟราเรดใกล้ บิสมัทเทลลูไรด์มีดัชนีการหักเหของแสงสูงมากมากกว่า 6 ในแถบการสื่อสารด้วยแสง (สูงกว่าดัชนีการหักเหของวัสดุดัชนีการหักเหของแสงสูงแบบดั้งเดิมเช่นซิลิคอนและเจอร์เมเนียม) เพื่อให้ความหนาของช่องแสงสามารถเข้าถึงหนึ่งในยี่สิบของการสั่นพ้อง ความยาวคลื่น. ในเวลาเดียวกัน ตัวสะท้อนแสงจะถูกสะสมบนคริสตัลโฟโตนิกหนึ่งมิติ และเอฟเฟกต์ความโปร่งใสที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าแบบใหม่นั้นถูกตรวจพบในแถบการสื่อสารด้วยแสง ซึ่งเกิดจากการเชื่อมต่อของตัวสะท้อนกับ Tamm plasmon และการรบกวนแบบทำลายล้าง . การตอบสนองทางสเปกตรัมของเอฟเฟกต์นี้ขึ้นอยู่กับความหนาของตัวสะท้อนแสง และทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเหของแสงโดยรอบ งานนี้เปิดช่องทางใหม่ในการสร้างช่องแสงแบบบางเฉียบ การควบคุมสเปกตรัมของวัสดุฉนวนทอพอโลยี และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์
ดังแสดงไว้ในรูปที่ 1a และ 1b ตัวสะท้อนแสงส่วนใหญ่ประกอบด้วยฉนวนโทโพโลยีทอพอโลยีบิสมัทเทลลูไรด์และนาโนฟิล์มเงิน นาโนฟิล์มบิสมัทเทลลูไรด์ที่เตรียมโดยแมกนีตรอนสปัตเตอร์ริ่งมีพื้นที่ขนาดใหญ่และมีความเรียบดี เมื่อความหนาของฟิล์มบิสมัทเทลลูไรด์และเงินคือ 42 นาโนเมตรและ 30 นาโนเมตร ตามลำดับ ช่องแสงจะแสดงการดูดกลืนแสงสะท้อนที่แข็งแกร่งในช่วง 1100~1800 นาโนเมตร (รูปที่ 1c) เมื่อนักวิจัยรวมช่องแสงนี้เข้ากับคริสตัลโฟโตนิกที่ทำจากสแต็คสลับของชั้น Ta2O5 (182 นาโนเมตร) และ SiO2 (260 นาโนเมตร) (รูปที่ 1e) หุบเขาการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกัน (รูปที่ 1f) ปรากฏขึ้นใกล้กับจุดสูงสุดการดูดกลืนแสงเรโซแนนซ์ดั้งเดิม (~ 1550 นาโนเมตร) ซึ่งคล้ายกับเอฟเฟกต์ความโปร่งใสที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากระบบอะตอม

วัสดุบิสมัทเทลลูไรด์มีลักษณะเฉพาะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและทรงรี มะเดื่อ. 2a-2c แสดงไมโครกราฟอิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (ภาพความละเอียดสูง) และรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนที่เลือกของนาโนฟิล์มบิสมัทเทลลูไรด์ จะเห็นได้จากรูปที่นาโนฟิล์มบิสมัทเทลลูไรด์ที่เตรียมไว้นั้นเป็นวัสดุโพลีคริสตัลไลน์ และการวางแนวการเติบโตหลักคือ (015) ระนาบคริสตัล รูปที่ 2d-2f แสดงดัชนีการหักเหของแสงเชิงซ้อนของบิสมัทเทลลูไรด์ที่วัดโดยเครื่องวัดวงรี และสถานะพื้นผิวที่ติดตั้งไว้และดัชนีการหักเหของแสงเชิงซ้อนของสถานะ ผลการวิจัยพบว่าค่าสัมประสิทธิ์การสูญพันธุ์ของสถานะพื้นผิวมีค่ามากกว่าดัชนีการหักเหของแสงในช่วง 230~1930 นาโนเมตร ซึ่งแสดงลักษณะคล้ายโลหะ ดัชนีการหักเหของแสงของร่างกายจะมากกว่า 6 เมื่อความยาวคลื่นมากกว่า 1385 นาโนเมตร ซึ่งสูงกว่าของซิลิคอน เจอร์เมเนียม และวัสดุดัชนีการหักเหของแสงสูงแบบดั้งเดิมอื่นๆ ในแถบนี้ ซึ่งวางรากฐานสำหรับการเตรียมอุลตร้าไวโอเล็ต - ตัวสะท้อนแสงแบบบาง นักวิจัยชี้ให้เห็นว่านี่เป็นครั้งแรกที่รายงานถึงช่องแสงระนาบระนาบฉนวนทอพอโลยีที่มีความหนาเพียงสิบนาโนเมตรในย่านการสื่อสารด้วยแสง ต่อจากนั้น สเปกตรัมการดูดกลืนแสงและความยาวคลื่นเรโซแนนซ์ของช่องแสงที่บางพิเศษถูกวัดด้วยความหนาของบิสมัทเทลลูไรด์ ในที่สุด ผลของความหนาของฟิล์มเงินต่อสเปกตรัมความโปร่งใสที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าในโครงสร้างผลึกนาโนบิสมัทเทลลูไรด์/โฟโตนิกได้รับการตรวจสอบ

ด้วยการเตรียมฟิล์มบางแบนในพื้นที่ขนาดใหญ่ของฉนวนทอพอโลยีทอพอโลยีบิสมัทเทลลูไรด์ และการใช้ประโยชน์จากดัชนีการหักเหของแสงสูงเป็นพิเศษของวัสดุบิสมัทเทลลูไรด์ในแถบอินฟราเรดใกล้ ทำให้ได้ช่องแสงระนาบที่มีความหนาเพียงสิบนาโนเมตรเท่านั้น ช่องแสงที่บางเฉียบสามารถดูดซับแสงเรโซแนนซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในแถบอินฟราเรดใกล้ และมีคุณค่าในการใช้งานที่สำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในแถบการสื่อสารด้วยแสง ความหนาของช่องแสงบิสมัทเทลลูไรด์เป็นเส้นตรงกับความยาวคลื่นเรโซแนนซ์ และมีขนาดเล็กกว่าช่องแสงของซิลิคอนและเจอร์เมเนียมที่คล้ายกัน ในเวลาเดียวกัน ช่องแสงบิสมัทเทลลูไรด์ถูกรวมเข้ากับคริสตัลโฟโตนิกเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์แสงที่ผิดปกติคล้ายกับความโปร่งใสที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบอะตอม ซึ่งเป็นวิธีการใหม่ในการควบคุมสเปกตรัมของโครงสร้างจุลภาค การศึกษานี้มีบทบาทบางอย่างในการส่งเสริมการวิจัยวัสดุฉนวนทอพอโลยีในการควบคุมแสงและอุปกรณ์เชิงแสง